Розробка програмованої термоплати для сушіння електрофоретичних гелів
Автор: Кравець Андрій Мар'янович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Радіоелектронні апарати та засоби
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Кравець А, Невінський Д. (керівник). Розробка програмованої термоплати для сушіння електрофоретичних гелів. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2020. Об’єкт дослідження - програмована термоплата для сушіння електрофоретичних гелів. Предмет дослідження – прогнозування можливості забезпечити програмоване роздільне задавання тепла на поверхні панелі для сушіння електрофоретичних гелів. Мета дослідження: вивчення можливості створити технічний засіб – програмовану термоплату для сушіння електрофоретичних гелів, яка складається з сукупності розташованих на поверхні нагрівника комірок нагріву та контролю температури. На кожну з цих комірок можна програмно задавати значення температури і підтримувати це значення на заданому рівні, незалежно від зміни умов середовища висушування. Наприклад, під час висушування гелю температура комірок плати, розташованих навпроти країв гелю поступово знижується і так само, залишаючи відповідні градієнтні температурні співвідношення, поступово знижується інтегральна температура всієї плати аж до повного висихання гелю. Перспективними є застосування термоплати з програмованим розподілом температури на її поверхні при проведенні електрофоретичного розділення секвенуючих молекул ДНК. У даному випадку вона може забезпечити додаткове до пасивного - активне вирівнювання температури, при якому більш холодні ділянки додатково нагріваються. Також цікавим для наукових досліджень може бути метод програмованого градієнтного переміщення температури по поверхні гелю у процесі електрофоретичного розділення. програмована термоплата для сушіння електрофоретичних гелів зможе забезпечити більш швидке та якісне висушування електрофоретичних гелів без деформацій та розтріскування. Крім цього вона може бути використана для висушування біологічних матеріалів а також для наукових досліджень, шляхом реалізації різних методик електрофорезу. Головною особливістю термоплати є можливість програмного задавання і підтримування температури у режимі реального часу із її заданим розподілом на поверхні нагрівника. Це явище може використовуватися при наукових дослідженнях біологічних систем, наприклад явища міграції мікробів, та їх розмноження при температурних градієнтах у живильному середовищі. Використання термоплати може забезпечити дотримання стандартних умов проведення біохімічного аналізу різних біологічних зразків, шляхом попереднього вивчення впливу температурних факторів для ідентичних зразків при ідентичних (крім температури) умовахтах аналізу. Також можна використовувати термоплату для наукових досліджень з метою вивчення впливу температурних факторів (температури, градієнту температури, швидкості зміни температури і т.п.) на результати аналізу. Це буде сприяти підвищенню точності та надійності біохімічних досліджень. Термоплата-висушувач являє собою спеціалізовану мікропроцесорну систему обробку інформації та управління в режимі реального часу нагрівом комірок поверхні термоплати для висушування. Найважливішим робочим органом термоплати-висушувача є комірковий нагрівник. Він забезпечує окремий локальний нагрів кожної комірки згідно з програмою і згідно з даними про температуру у комірці, які використовуються для зворотнього зв’язку у системі автоматичного підтримування температури даної комірки. Кожна комірка має окремий нагрівний елемент та сенсор температури (у розробленій платі ці функції об’єднані шляхом використання у ролі нагрівного елементу та сенсора температури потужного термістора). Команди вибору комірки для задавання або вимірювання температури поступают на електронні транзисторні ключі адресного нагрівника. Нагрів та контроль температури проводиться у динамічному режимі циклічно. При цьому напруга живлення для комірки подається на початку циклу, а вимірювання температури проводиться вкінці циклу. За цей час установлюється температурний режим комірки і термістор показує температуру комірки у цьому установленому режимі. Адресний комірковий нагрівник складається з 96 комірок, які об’єднані у вісім груп по 12 комірок. Кожна комірка має свій біт реагування розташований у адресному просторі 20h.0 ……2Fh.7. Якщо температура комірки перевищує задану то біт обнулюється у іншому випадку він виставляється. Після опитування комірок у адресному просторі формується карта виставлених бітів, згідно з якими у режимі нагріву на кожен ключ подається відповідний сигнал керування – нуль або одиниця. Нагрів плати відбувається у динамічному режимі при почерговому задаванні значень для групи з 12-ти бітів кожного стовпця який керує відповідно нагрівниками 12-ти комірок. Всього використовується 8 стовпців. Тривалість подавання напруги живлення на нагрівник складає 0,1 с. Тривалість циклу – 1 с. У такому режимі кожний нагрівник працює у імпульсному режимі і середня потужність яка розсіюється на ньому буде мати інтегральне значення. Тому відповідно значення струму у імпульсному режимі для одержання необхідної потужності приблизно у вісім разів має бути більшим у порівнянні з стаціонарним режимом. Тривалість опитування значень температури – 0,01 с. Опитування проводиться рядками по вісім сенсорів у одному рядку Всього є 12 таких рядків. Дані з сенсорів після підсилення поступають на восьмиканальний АЦП, потім вони порівнюються із заданими і відповідно до результатів у адресному бітовому просторі температурної карти задається значення бітів. Вказаний режим нагріву термоплпти забезпечит рівномірний нагрів її поверхні із заданим градієнтом температурного розподілу. Ключові слова: термоплата, електрофоретичне розділення, електрофоретичний гель, термістор. Перелік використаних літературних джерел. 1. Aндрей Шанько. Высушивание гелей: Всеросийский Институт Агрономической Биотехнологии (Москва) – http://molbiol.edu.ru 2. Энциклопедия Научной библиотеки . Секвенирующий ДНК гель –http://enc.sci-lib.com/frticle0001424.html 3. Гааль Е., Медьєши Г., Верецкей Л. Електрофорез в разделении биологических макромолекул: Пер. с англ. – М.: Мир, 1982. – 448 с., ил. 4. Маурер Г. Диск електрофорез: Пер. с англ. – М.: Мир, 1971. – 244 с., ил 5. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник, - М.: Издательство стандартов, 1989, 325 с. 6. Ненашев А.П. "Конструювання радіоелектронних засобів" - М: Вища школа 1990. 7. ВТ. Білінський, В.П. Гондюл, А.Б. Грозін, К.Б. Круковський - Синевич, Ю.Л. Мазор "Практичний посібник по навчальному конструюванню РЕ А" - Київ: Вища школа 1992. 8. ДСТУ 3008-95. Документація у сфері науки та техніки . Структура і правила оформлення. - К.: Держстандарт України, 1995. - 38 с. 9. Справочник по электрохимии, под ред. A.M. Сухотина, Л., 1981; 10. Н.Лакшими-Нараянайах. Мембранные электроды. Пер. с анг./ Под. ред. А.А.Белюстина. – Л.: Химия, 1979.